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- 2021-06-16 发布
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第一节平面向量的概念及其线性运算
1.向量的有关概念
名称
定义
备注
向量
既有大小又有方向的量;向量的大小叫做向量的长度(或称)
平面向量是自由向量
零向量
长度为的向量
记作0,其方向是
任意的
单位向量
长度等于1个单位的向量
非零向量a的单位向量为±
平行向量
方向相同或相反的非零向量(又叫做共线向量)
0与任一向量平行或共线
相等向量
长度相等且方向相同的向量
两向量只有相等或不等,不能比较大小
相反向量
长度相等且方向相反的向量
0的相反向量为0
2.向量的线性运算
向量运算
定义
法则(或几何意义)
运算律
加法
求两个向量和的运算
三角形法则
平行四边形法则
(1)交换律:a+b=b+a;
(2)结合律:(a+b)+c=a+(b+c)
减法
求a与b的相反向量-b的和的运算叫做a与b
a-b=a+(-b)
的差
三角形法则
数乘
求实数λ与向量a的积的运算
(1)|λa|=|λ||a|;
(2)当λ>0时,λa的方向与a的方向相同;当λ<0时,λa的方向与a的方向相反;当λ=0时,λa=0
λ(μa)=(λμ)a;
(λ+μ)a=λa+μa;
λ(a+b)=λa+λb
3.共线向量定理
向量a(a≠0)与b共线,当且仅当有唯一一个实数λ,使得b=λa.
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)向量与有向线段是一样的,因此可以用有向线段来表示向量.( )
(2)|a|与|b|是否相等与a,b的方向无关.( )
(3)若向量与向量是共线向量,则A,B,C,D四点在一条直线上.( )
(4)当两个非零向量a,b共线时,一定有b=λa,反之成立.( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√
2.如图,设P,Q两点把线段AB三等分,则下列向量表达式错误的是( )
A.= B.=
C.=- D.=
解析:选D 由数乘向量的定义可以得到A、B、C都是正确的,只有D错误.
3.设a,b都是非零向量,下列四个选项中,一定能使+=0成立的是( )
A.a=2b B.a∥b
C.a=-b D.a⊥b
解析:选C “+=0,且a,b都是非零向量”等价于“非零向量a,b共线且反向”,故答案为C.
4.设D为△ABC所在平面内一点,=3,则( )
A.=-+ B.=-
C.=+ D.=-
解析:选A 由题意得=+=+=+-=-+.
5.若菱形ABCD的边长为2,则|-+|=________.
解析:|-+c|=|++|=||=2.
答案:2
6.已知a与b是两个不共线向量,且向量a+λb与-(b-3a)共线,则λ=________.
解析:由题意知存在k∈R,使得a+λb=k[-(b-3a)],所以解得
答案:-
[考什么·怎么考]
高考对本部分内容不会单独考查,多渗透到平面向量的线性运算中,难度较小.
1.设a0为单位向量,下列命题中:①若a为平面内的某个向量,则a=|a|·a0;②若a与a0平行,则a=|a|a0;③若a与a0平行且|a|=1,则a=a0,假命题的个数是( )
A.0 B.1
C.2 D.3
解析:选D 向量是既有大小又有方向的量,a与|a|a0的模相同,但方向不一定相同,故①是假命题;若a与a0平行,则a与a0的方向有两种情况:一是同向,二是反向,反向时a=-|a|a0,故②③也是假命题.
综上所述,假命题的个数是3.
2.给出下列命题:
①若a=b,b=c,则a=c;
②若A,B,C,D是不共线的四点,则=是四边形ABCD为平行四边形的充要条件;
③a=b的充要条件是|a|=|b|且a∥b;
④若a∥b,b∥c,则a∥c.
其中正确命题的序号是________.
解析:①正确.∵a=b,∴a,b的长度相等且方向相同,
又b=c,∴b,c的长度相等且方向相同,
∴a,c的长度相等且方向相同,故a=c.
②正确.∵=,∴||=||且∥,
又A,B,C,D是不共线的四点,
∴四边形ABCD为平行四边形;
反之,若四边形ABCD为平行四边形,
则∥且||=||,因此,=.
③不正确.当a∥b且方向相反时,即使|a|=|b|,也不能得到a=b,故|a|=|b|且a∥b不是a=b的充要条件,而是必要不充分条件.
④不正确.考虑b=0这种特殊情况.
综上所述,正确命题的序号是①②.
答案:①②
[怎样快解·准解]
有关平面向量概念的6个注意点
(1)相等向量具有传递性,非零向量的平行也具有传递性.
(2)共线向量即为平行向量,它们均与起点无关.
(3)向量可以平移,平移后的向量与原向量是相等向量.解题时,不要把它与函数图象的移动混淆.
(4)非零向量a与的关系:是与a同方向的单位向量,-是与a反方向的单位向量.
(5)两个向量不能比较大小,只可以判断它们是否相等,但它们的模可以比较大小.
(6)两平行向量有向线段所在的直线平行或重合,易忽视重合这一条件.
[考什么·怎么考]
平面向量的线性运算是高考对平面向量考查的一个重点内容,主要考查三角形法则及平行四边形法则的应用,通常有两个考查角度:
(1)向量的线性表示;
(2)加(减)法运算几何意义的应用.
考题多以选择题或填空题的形式出现,属于低档题目.
1.(2018·武汉调研)设M为平行四边形ABCD对角线的交点,O为平行四边形ABCD所在平面内的任意一点,则+++等于( )
A. B.2
C.3 D.4
解析:选D 因为M是平行四边形ABCD对角线AC,BD的交点,所以+=2,+=2,所以+++=4.
2.(2018·广东五校协作体第一次诊断考试)设D是△ABC所在平面内一点,=2,则( )
A.=- B.=-
C.=- D.=-
解析:选A =+=-=--=-,选A.
3.设D,E分别是△ABC的边AB,BC上的点,AD=AB,BE=BC.若=λ1+λ2 (λ1,λ2为实数),则λ1+λ2=________.
解析:=+=+=+(+)=-+,所以λ1=-,λ2=,即λ1+λ2=.
答案:
[怎样快解·准解]
1.用已知向量表示未知向量的方法
构造三角形,关键在于搞清构成三角形的三个向量间的相互关系,能熟练地找出图形中的相等向量,熟练运用相反向量将加减法相互转化.
2.用已知向量表示未知向量的4步骤
(1)观察各向量的位置;
(2)寻找相应的三角形或多边形;
(3)运用法则找关系;
(4)化简结果.
3.向量线性运算的2个常用结论
(1)在△ABC中,D是BC的中点,则=(+);
(2)O为△ABC的重心的充要条件是++=0.
向量共线问题常见题型有两种,一是根据条件证明三点共线,二是利用三点共线求参数的值.题目难度一般较小.
[典题领悟]
设两个非零向量a与b不共线,
(1)若=a+b,=2a+8b,=3(a-b),
求证:A,B,D三点共线;
(2)试确定实数k,使ka+b和a+kb同向.
解:(1)证明:∵=a+b,=2a+8b,=3a-3b,
∴=+=2a+8b+3a-3b=5(a+b)=5,
∴,共线.又∵它们有公共点B,∴A,B,D三点共线.
(2)∵ka+b与a+kb同向,
∴存在实数λ(λ>0),使ka+b=λ(a+kb),
即ka+b=λa+λkb.∴(k-λ)a=(λk-1)b.
∵a,b是不共线的两个非零向量,
∴解得或
又∵λ>0,∴k=1.
[解题师说]
1.共线向量定理的3个应用
证明向量共线
对于向量a,b,若存在实数λ,使a=λb,则a与b共线
证明三点共线
若存在实数λ,使=λ,则A,B,C三点共线
求参数
的值
利用共线向量定理及向量相等的条件列方程(组)求参数的值
2.求解向量共线问题的注意事项
(1)向量共线的充要条件中,当两向量共线时,通常只有非零向量才能表示与之共线的其他向量,注意待定系数法和方程思想的运用.
(2)证明三点共线问题,可用向量共线来解决,但应注意向量共线与三点共线的区别与联系,当两向量共线且有公共点时,才能得到三点共线.
(3)若a与b不共线且λa=μb,则λ=μ=0.
(4)直线的向量式参数方程,A,P,B三点共线⇔=(1-t)+t (O为平面内任一点,t∈R).
(5)=λ+μ (λ,μ为实数),若A,B,C三点共线,则λ+μ=1.
[冲关演练]
1.在四边形ABCD中,=a+2b,=-4a-b,=-5a-3b,则四边形ABCD的形状是( )
A.矩形 B.平行四边形
C.梯形 D.以上都不对
解析:选C 由已知,得=++=-8a-2b=2(-4a-b)=2,故∥.又因为与不平行,所以四边形ABCD是梯形.
2.(2018·贵州适应性考试)已知向量e1与e2不共线,且向量=e1+me2,=ne1+e2,若A,B,C三点共线,则实数m,n满足的条件是( )
A.mn=1 B.mn=-1
C.m+n=1 D.m+n=-1
解析:选A 因为A,B,C三点共线,所以一定存在一个确定的实数λ,使得=λ,所以有e1+me2=nλe1+λe2,由此可得所以mn=1.
(一)普通高中适用作业
A级——基础小题练熟练快
1.设D,E,F分别为△ABC的三边BC,CA,AB的中点,则+=( )
A. B.
C. D.
解析:选A 由题意得+=(+)+(+)=(+)=.
2.已知O是正六边形ABCDEF的中心,则与向量平行的向量为( )
A.+ B.++
C.++ D.++
解析:选B ++==2=-2.
3.设向量a,b不共线,=2a+pb,=a+b,=a-2b,若A,B,D三点共线,则实数p的值为( )
A.-2 B.-1
C.1 D.2
解析:选B 因为=a+b,=a-2b,所以=+=2a-b.又因为A,B,D三点共线,所以,共线.设=λ,所以2a+pb=λ(2a-b),所以2=2λ,p=-λ,即λ=1,p=-1.
4.下列四个结论:
①++=0;②+++=0;
③-+-=0;④++-=0,
其中一定正确的结论个数是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选C ①++=+=0,①正确;②+++=+MO―→+=,②错误;③-+-=++=+=0,③正确;④++-=+=0,④正确,故①③④正确.
5.(2018·广东东莞二模)如图所示,已知=3,=a,=b,=c,则下列等式中成立的是( )
A.c=b-a
B.c=2b-a
C.c=2a-b
D.c=a-b
解析:选A 因为=3,=a,=b,所以=+=+=+(-)=-=b-a,故选A.
6.设平行四边形ABCD的对角线交于点P,则下列命题中正确的个数是( )
①=+;②=(+);
③=-;④=.
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选C 由向量加法的平行四边形法则,知①=+,②=(+)都是正确的,由向量减法的三角形法则,知③=-是正确的,因为,
的大小相同,方向相反,所以④=是错误的.
7.设向量a,b不平行,向量λa+b与a+2b平行,则实数λ=________.
解析:因为向量λa+b与a+2b平行,
所以可设λa+b=k(a+2b),则所以λ=.
答案:
8.已知▱ABCD的对角线AC和BD相交于O,且=a,=b,则=________,=________.(用a,b表示)
解析:如图,==-=b-a,=-=--=-a-b.
答案:b-a -a-b
9.(2018·河南三市联考)在锐角△ABC中,=3,=x+y,则=________.
解析:由题设可得+=3(-),
即4=3+,
亦即=+,
则x=,y=,故=3.
答案:3
10.已知S是△ABC所在平面外一点,D是SC的中点,若=x+y+z,则x+y+z=________.
解析:依题意得=-=(+)-=-++,因此x+y+z=-1++=0.
答案:0
B级——中档题目练通抓牢
1.已知在等腰梯形ABCD中,AB∥CD,AB=2CD,点M是腰BC的中点,若 =λ+μ,则λ,μ的值分别为( )
A., B.,
C.1, D.,
解析:选A 因为=(+)=(++)=(++)=+,所以λ=,μ=.
2.已知向量a,b不共线,且c=λa+b,d=a+(2λ-1)b,若c与d共线反向,则实数λ的值为( )
A.1 B.-
C.1或- D.-1或-
解析:选B 由于c与d共线反向,则存在实数k使c=kd(k<0),于是λa+b=k.
整理得λa+b=ka+(2λk-k)b.
由于a,b不共线,所以有
整理得2λ2-λ-1=0,解得λ=1或λ=-.
又因为k<0,所以λ<0,故λ=-.
3.(2018·长春质检)在△ABC中,D为△ABC所在平面内一点,且=+,则=( )
A. B.
C. D.
解析:选B 如图,由已知得,点D在△ABC中与AB平行的中位线上,且在靠近BC边的三等分点处,从而有S△ABD=S△ABC,S△ACD=S△ABC,S△BCD=S△ABC=S△ABC,所以=.
4.已知a,b是非零向量,命题p:a=b,命题q:|a+b|=|a|+|b|,则p是q的__________条件(选填“充要”“充分不必要”“必要不充分”“既不充分也不必要”).
解析:若a=b,则|a+b|=|2a|=2|a|,|a|+|b|=|a|+|a|=2|a|,即p⇒q.
若|a+b|=|a|+|b|,由加法的运算法则知a与b同向共线,
即a=λb,且λ>0,故q⇒/ p.
所以p是q的充分不必要条件.
答案:充分不必要
5.在梯形ABCD中,已知AB∥CD,AB=2CD,M,N分别为CD,BC的中点.若=λ+μ,则λ+μ=________.
解析:法一:由=λ+μ,
得=λ·(+)+μ·(+),
则++=0,
得++=0,
得+=0.
又因为,不共线,
所以由平面向量基本定理得
解得所以λ+μ=.
法二:连接MN并延长交AB的延长线于点T,
由已知易得AB=AT,
∴==λ+μ,
即=λ+μ,
∵T,M,N三点共线,∴λ+μ=1.∴λ+μ=.
答案:
6.在△ABC中,D,E分别为BC,AC边上的中点,G为BE
上一点,且GB=2GE,设=a,=b,试用a,b表示,.
解:=(+)=a+b.
=+=+=+(+)
=+(-)
=+
=a+b.
7.设e1,e2是两个不共线的向量,已知=2e1-8e2,=e1+3e2,=2e1-e2.
(1)求证:A,B,D三点共线;
(2)若=3e1-ke2,且B,D,F三点共线,求k的值.
解:(1)证明:由已知得=-=(2e1-e2)-(e1+3e2)=e1-4e2,
∵=2e1-8e2,∴=2.
又∵与有公共点B,∴A,B,D三点共线.
(2)由(1)可知=e1-4e2,
∵=3e1-ke2,且B,D,F三点共线,
∴存在实数λ,使=λ,
即3e1-ke2=λe1-4λe2,
得
解得k=12.
C级——重难题目自主选做
1.如图,直线EF与平行四边形ABCD的两边AB,AD分别交于E,F两点,且交其对角线于K,其中,=,=,=λ,则λ的值为( )
A. B.
C. D.
解析:选A 因为=,=,
则=,=2,
由向量加法的平行四边形法则可知=+,
所以=λ=λ(+)=λ=λ+2λ,由E,F,K三点共线可得λ+2λ=1,所以λ=.
2.在直角梯形ABCD中,∠A=90°,∠B=30°,AB=2,BC=2,点E在线段CD上,若=+μ,则μ的取值范围是________.
解析:由题意可求得AD=1,CD=,所以=2.
∵点E在线段CD上,
∴=λ (0≤λ≤1).
∵=+,
又=+μ=+2μ=+ ,
∴=1,即μ=.
∵0≤λ≤1,
∴0≤μ≤.
即μ的取值范围是.
答案:
(二)重点高中适用作业
A级——保分题目巧做快做
1.设D,E,F分别为△ABC的三边BC,CA,AB的中点,则+=( )
A. B.
C. D.
解析:选A 由题意得+=(+)+(+)=(+)=.
2.(2018·合肥质检)已知O,A,B,C为同一平面内的四个点,若2+=0,则向量等于( )
A.- B.-+
C.2- D.-+2
解析:选C 因为=-,=-,所以2+=2(-)+(-)=-2+=0,所以=2-.
3.(2018·江西八校联考)在△ABC中,P,Q分别是边AB,BC上的点,且AP=AB,BQ=BC.若=a,=b,则=( )
A.a+b B.-a+b
C.a-b D.-a-b
解析:选A =+=+=+(-)=+=a+b,故选A.
4.下列四个结论:
①++=0;②+++=0;
③-+-=0;④++-=0,
其中一定正确的结论个数是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选C ①++=+=0,①正确;②+++=++=,②错误;③-+-=++=+
eq o(DC,sup7(―→))=0,③正确;④++-=+=0,④正确.故①③④正确.
5.已知向量a,b不共线,且c=λa+b,d=a+(2λ-1)b,若c与d共线反向,则实数λ的值为( )
A.1 B.-
C.1或- D.-1或-
解析:选B 由于c与d共线反向,则存在实数k使c=kd(k<0),于是λa+b=k.
整理得λa+b=ka+(2λk-k)b.
由于a,b不共线,所以有
整理得2λ2-λ-1=0,解得λ=1或λ=-.
又因为k<0,所以λ<0,故λ=-.
6.(2018·南宁模拟)已知e1,e2是不共线向量,a=me1+2e2,b=ne1-e2,且mn≠0,若a∥b,则=________.
解析:∵a∥b,∴a=λb,即me1+2e2=λ(ne1-e2),则故=-2.
答案:-2
7.已知a,b是非零向量,命题p:a=b,命题q:|a+b|=|a|+|b|,则p是q的____________________条件(选填“充要”“充分不必要”“必要不充分”“既不充分也不必要”).
解析:若a=b,则|a+b|=|2a|=2|a|,|a|+|b|=|a|+|a|=2|a|,即p⇒q.
若|a+b|=|a|+|b|,由加法的运算法则知a与b同向共线,即a=λb,且λ>0,故q⇒/ p.
所以p是q的充分不必要条件.
答案:充分不必要
8.已知S是△ABC所在平面外一点,D是SC的中点,若=x+y+z
,则x+y+z=________.
解析:依题意得=-=(+)-=-++,因此x+y+z=-1++=0.
答案:0
9.已知D为三角形ABC边BC的中点,点P满足++=0,=λ,求实数λ的值.
解:如图所示,由=λ且++=0,得P为以AB,AC为邻边的平行四边形的第四个顶点,
因此=-2,所以λ=-2.
10.设e1,e2是两个不共线的向量,已知=2e1-8e2,=e1+3e2,=2e1-e2.
(1)求证:A,B,D三点共线;
(2)若=3e1-ke2,且B,D,F三点共线,求k的值.
解:(1)证明:由已知得=-=(2e1-e2)-(e1+3e2)=e1-4e2,
∵=2e1-8e2,
∴=2.
又∵与有公共点B,
∴A,B,D三点共线.
(2)由(1)可知=e1-4e2,
∵=3e1-ke2,且B,D,F三点共线,
∴存在实数λ,使=λ,
即3e1-ke2=λe1-4λe2,
得
解得k=12.
B级——拔高题目稳做准做
1.(2018·长春质检)在△ABC中,D为△ABC所在平面内一点,且=+,则=( )
A. B.
C. D.
解析:选B 如图,由已知得,点D在△ABC中与AB平行的中位线上,且在靠近BC边的三等分点处,从而有S△ABD=S△ABC,S△ACD=S△ABC,S△BCD=S△ABC=S△ABC,所以=.
2.(2018·河南中原名校联考)如图,在直角梯形ABCD中,AB=2AD=2DC,E为BC边上一点,=3,F为AE的中点,则=( )
A.- B.-
C.-+ D.-+
解析:选C =+=+
=-+(++)
=-+
=-+++(++)
=-+.
3.在梯形ABCD中,已知AB∥CD,AB=2CD,M,N分别为CD,BC的中点.若=λ+μ,则λ+μ=________.
解析:法一:由=λ+μ,
得=λ·(+)+μ·(+),
则++=0,
得++=0,
得+=0.
又因为,不共线,
所以由平面向量基本定理得
解得所以λ+μ=.
法二:连接MN并延长交AB的延长线于T,
由已知易得AB=AT,
∴==λ+μ,
即=λ+μ,
∵T,M,N三点共线,∴λ+μ=1.
∴λ+μ=.
答案:
4.在直角梯形ABCD中,∠A=90°,∠B=30°,AB=2,BC=2,点E在线段CD上,若=+μ,则μ的取值范围是________.
解析:由题意可求得AD=1,CD=,所以=2.
∵点E在线段CD上,
∴=λ (0≤λ≤1).
∵=+,
又=+μ=+2μ=+,
∴=1,即μ=.
∵0≤λ≤1,∴0≤μ≤.
即μ的取值范围是.
答案:
5.经过△OAB重心G的直线与OA,OB分别交于点P,Q,设=m,=n,m,n∈R,求+的值.
解:设=a,=b,则=(a+b),
=-=nb-ma,
=-=(a+b)-ma=a+b.
由P,G,Q共线得,存在实数λ使得=λ,
即nb-ma=λa+λb,
则消去λ,得+=3.
6.已知O,A,B是不共线的三点,且=m+n(m,n∈R).
(1)若m+n=1,求证:A,P,B三点共线;
(2)若A,P,B三点共线,求证:m+n=1.
证明:(1)若m+n=1,
则=m+(1-m)
=+m(-),
∴-=m(-),
即=m,∴与共线.
又∵与有公共点B,
∴A,P,B三点共线.
(2)若A,P,B三点共线,
则存在实数λ,使=λ,
∴-=λ(-).
又=m+n.
故有m+(n-1)=λ-λ,
即(m-λ)+(n+λ-1)=0.
∵O,A,B不共线,∴,不共线,
∴∴m+n=1.